3.1.2 Методика проверки эффективности работы защиты при косвенном прикосновении на участке tn при питании через понижающий трансформатор

При системе заземления ТN, любое повреждение изоляции превращается в однофазное КЗ между фазным и PE(PEN) проводником из-за непосредственной связи отрытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью источника питания. Таким образом, автоматическое отключение питание эффективно, если ток повреждения изоляции достаточен для срабатывания защиты от сверхтока и время ее работы не превышает максимально допустимого, зависящего от фазного напряжения сети. Это условие должно быть обеспечено на этапе проектирования электроустановки путем наложения минимальных значений тока КЗ на время-токовую характеристику аппарата защиты на всех уровнях системы электроснабжения 20,39,40,41.

В случае если защитный аппарат предохранитель необходимо проверить, что выполняется условие (рисунок 3.1, а):

(3.3)

где t₁ – время срабатывания предохранителя при однофазном КЗ I⁽¹⁾_K , с; t₀ – нормированное время срабатывания предохранителя, зависящие от номинального напряжения сети, принимается согласно таблице 1.7.79, 9 с;

В случае если время срабатывания предохранителя, при токе I⁽¹⁾_K находиться в диапазоне 5с ≥ t₁ ≥ t₀ защита при косвенном прикосновении согласно 9 гарантируется только в цепях, питающих групповые щиты.

Проверка возможности применения плавких предохранителей по условию отключения участка сети в течение нормируемого времени требует индивидуальной оценки номинальных параметров каждого предохранителя. Очевидно, что при всем разнообразии электроприемников на напряжении 0,4 кВ, сопоставление время-токовых характеристик предохранителей и токов однофазных КЗ очень трудоемкая задача, затягивающая процесс проектирования.

Если защитный аппарат – автоматический выключатель, то достаточно проверить, что величина тока однофазного КЗ превышает уставку тока срабатывания отсечки (рисунок 3.1, б):

(3.4)

где I_ТО – уставка срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя, А. В этом случае размыкание контактов автоматического выключателя происходит за время намного меньшее, чем установленное допустимое время в таблице 1.7.79 9, так полное время отключения токоограничивающих выключателей составляет менее 10 мс (при отключении предельных токов), нетокоограничивающих выключателей – 40 мс.

Селективные автоматические выключатели должны применяться для питания распределительных щитов, так как при этом допустимо использовать регулировку селективной отсечки (обычно от 0,1 до 0,7 с). Следует отметить, что при определении максимального значения уставки срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя необходимо учитывать допустимый разброс по току срабатывания, заявленный производителем оборудования. В общем случае согласно 42 максимально допустимый разброс по току срабатывания токовой отсечки составляет ±20%.

Рисунок 3.1 – Время-токовая характеристика:

а) предохранителя; б) автоматического выключателя.

Анализируя время-токовые характеристики (рисунок 3.1. а, б) аппаратов защиты можно сделать вывод о том, что максимальное время отключения аппаратом защиты тока повреждения будет при минимальном значении тока КЗ. Методика определения минимального тока КЗ по точным и упрощенным метода рассмотрена в [14].

На основании проведенного в [14] сравнения точных и приближенных методов расчета тока КЗ, можно сделать вывод о том, что для практической оценки величины тока однофазного КЗ в сетях типа ТN может быть использовано выражение

(3.5)

где L – длина проводника; ρ – удельное сопротивление, принимаемое по таблице 3.1 в зависимости от целей расчета; S – сечение фазного проводника, m=S/ S_PE.

Таблица 3.1

Значения сопротивления проводников

Цель расчета	Сопротивление	Величина сопротивления, Ом мм2/м)		Участвующие в расчете проводники
		Медь	Алюминий
Максимальные токи КЗ	ρо =ρ	0,0175	0,0294	Фаза-N
Минимальные токи КЗ Если защитный аппарат:	Предохранитель ρ2=1,5·ρо	0,028	0,044	Фаза-N
	Авт.выключатель ρ2=1,25·ρо	0,023	0,037	Фаза-N
Ток повреждения в схеме TN и IТ	ρ1=1,25·ρо	0,023	0,037	Фаза-PE(PEN)N

Примечание: ρ₀ – удельное сопротивление проводников при 20⁰С равные 0,0175 Ом· мм2/м для меди и 0,02941 Ом· мм2/м для алюминия.

Выражение (3.5) дает хорошие результаты, если расчетная точка КЗ находится на зажимах электроприемника, подключенного к сборкам II уровня системы электроснабжения. Для двигателей, питаемых непосредственно с ГРЩ (особенно при длинах до 100 м) должны применяться точные методы расчета тока КЗ, так как в этом случае пренебрежение сопротивлением трансформатора и дуги при расчете тока КЗ становится недопустимым и приводит к погрешностям больше допустимых по 34. Выражение (3.5) применимо в случае, если питающий трансформатор имеет схему соединений Д/Yо или Y/Z и PE (PEN) проводник проложен в непосредственной близости от фазных проводников [14].

Решая совместно (3.4) и (3.5), в которых принято I⁽¹⁾_K =I_ТО, L=L_m, получаем выражение для максимально допустимой длины кабеля L_m, при которой обеспечивается требуемый уровень токов однофазных КЗ для гарантированного автоматического отключения питания:

(3.6)

Таким образом, условие (3.2) преобразуется до следующего вида:

L< L_m , (3.7)

где L – фактическая длина проверяемой линии, м; L_m – максимально допустимая длина линии, по условию обеспечения защиты при косвенном прикосновении, м.

На основании выражения (3.6) в [14] были получены максимальные длины кабельной линии, в зависимости от величины уставки срабатывания токовой отсечки автоматического выключателя, при которых обеспечивается защита при косвенном прикосновении. Результаты расчета представлены в таблице 3.2. Данные таблицы 3.2 действительны только в том случае, если PE проводник проложен в непосредственной близости от фазных проводников, без включения между ними ферромагнитных материалов. Таблица 3.2 составлена при условии, что PE и фазный проводники выполнены из одного материала (меди). В случае если защитный проводник выполнен из другого материала данные таблицы 3.2 должны быть скорректированы с учетом проводимости PE проводника в медном эквиваленте.

Таблица 3.2

Максимальная длина (м) кабельной линии на участке TN к однофазному или трехфазному электроприемнику при напряжении питающей сети 220/380 В, при которой обеспечивается защита при косвенном прикосновении.

S, сечение проводников, мм2	Ток уставки токовой отсечки автоматического выключателя IТО, А
	875	1000	1120	1250	1600	2000	2500	3200	4000	5000	6300	8000	10000	12500
1,5	6	5	4	4
2,5	10	8	7	7	5	4
4	15	13	12	11	8	7	5	4
6	23	20	18	16	13	10	8	6	5	4
10	38	33	30	27	21	17	13	10	8	7	5	4
16	61	53	48	43	33	27	21	17	13	11	8	7	5	4
25	95	83	74	67	52	42	33	26	21	17	13	10	8	7
35	133	117	104	93	73	58	47	36	29	23	19	15	12	9
50	190	167	149	133	104	83	67	52	42	33	26	21	17	13
70	267	233	208	187	146	117	93	73	58	47	37	29	23	19
95	362	317	283	253	198	158	127	99	79	63	50	40	32	25
120	457	400	357	320	250	200	160	125	100	80	63	50	40	32
150		435	388	348	272	217	174	104	109	87	69	54	43	35
185			459	411	321	257	206	161	128	103	82	64	51	41
240					400	320	256	200	160	128	102	80	64	51

Продолжение таблицы 3.2

S, сечение проводников, мм2	Ток уставки токовой отсечки автоматического выключателя IТО, А
	50	63	80	100	125	160	200	250	320	400	500	560	630	700	800
1,5	100	79	63	50	40	31	25	20	16	13	10	9	8	7	6
2,5	167	132	104	83	67	52	42	33	26	21	17	15	13	12	10
4	267	212	167	133	107	83	67	53	42	33	27	24	21	19	17
6	400	317	250	200	160	125	100	80	63	50	40	36	32	29	25
10			417	333	267	208	167	133	104	83	67	60	53	48	42
16					427	333	267	213	167	133	107	95	85	76	67
25							417	333	260	208	167	149	132	119	104
35								467	365	292	233	208	185	167	146
50									521	417	333	298	265	238	208
70												417	370	333	292
95														452	396
120
150
185
240

Примечание: таблица составлена при S_ph/ S_PE=1; материал токоведущей жилы – медь; при составлении таблицы учитывался максимально допустимый разброс по току срабатывания э/м расцепителя +20%.

В случае, если расчетные условия отличаются от указанных в примечании таблицы 3.2, необходимо полученную длину КЛ из таблицы 3.2 умножить на поправочные коэффициенты к₁ (учитывающий материал токоведущей жилы и отношение между площадями поперечного сечения фазного и защитного проводника (m)) и к₂ (учитывающий номинальное напряжение сети), приведенные в таблицых 3.3 и 3.4 соответственно.

Таблица 3.3

Величина поправочного коэффициента к₁

Материал токоведущей жилы	к1
	m=Sph/ SPE =1	m=Sph/ SPE =2
Медь	1	0,67
Алюминий	0,62	0,42

Таблица 3.4

Величина поправочного коэффициента к₂

Номинальное фазное напряжение, U0, В	к2
127	0,55
220	1,00
380	1,73

Выражение (3.5) позволяет при отсутствии характеристик питающей сети определять минимальное сечение кабеля, при котором обеспечивается защита при косвенном прикосновении для ЭД средней и малой мощности.